Οι ερευνητές ανακάλυψαν για πρώτη φορά για ποιο λόγο το δακτυλικό αποτύπωμα κάθε ανθρώπου δεν μοιάζει με κανενός άλλου
Αποτελεί ένα μυστήριο που ήταν γνωστό ήδη από την
αρχαιότητα. Αν κάτι έχει απόλυτα μοναδικό ο κάθε άνθρωπος είναι τα δακτυλικά
του αποτυπώματα! Ακόμα και αν έχουμε περάσει αμέτρητοι άνθρωποι από αυτόν τον
πλανήτη με χαρακτηριστικά που μπορεί να έμοιαζαν πάρα πολύ με κάποιου άλλου ένα
πράγμα θα ξεχώριζε κάθε φορά: τα ακανόνιστα σχέδια στις άκρες των δακτύλων του
καθενός.
Η επιστήμη κλήθηκε τώρα να δώσει απάντηση στο μυστήριο της
μοναδικότητας των δακτυλικών αποτυπωμάτων.
Οι σπείρες, οι κύκλοι και οι αψίδες που υπάρχουν στις άκρες
των δακτύλων μας, είναι ήδη γνωστό ότι ξεκινούν να δημιουργούνται από τότε που
βρισκόμαστε ακόμα στην κοιλιά της μητέρας μας. Ωστόσο, μια έρευνα που
δημοσιεύθηκε στο επιστημονικό περιοδικό Cell δίνει απάντηση στο πώς ακριβώς δημιουργούνται και γιατί
είναι τόσο μοναδικά. Μια διεθνής ομάδα επιστημόνων από πολλούς διαφορετικούς
τομείς συνεργάστηκε για να αποκαλύψει τη διαδικασία με την οποία τα αποτυπώματα
αναπτύσσονται μοναδικά στους ανθρώπους.
Τα αποτυπώματα είναι μοναδικά και διατηρούνται ίδια για κάθε
άνθρωπο σε όλη τη διάρκεια της ζωής τους, ενώ είναι απαραίτητα για να πιάνουμε
καλύτερα τα αντικείμενα και για να έχουμε καλύτερη αφή. Από την άλλη, δεν είναι
τυχαίο ότι ήδη από το 1800 λειτουργούσαν ως ένα είδος υπογραφής για το κάθε
άτομο καθώς διέφεραν ακόμα και στα πανομοιότυπα, μονοζυγωτικά δίδυμα. Μέχρι
σήμερα υπήρχαν αρκετές θεωρίες σχετικά με το γιατί διαφέρουν απόλυτα από άτομο
σε άτομο, με κάποιες να προτείνουν είτε ότι πρόκειται για μια αυθόρμητη πτύχωση
του δέρματος, είτε ένας σχηματισμός που
δημιουργείται από μόρια ή ακόμα και ότι καθορίζεται από την διάταξη των
αιμοφόρων αγγείων του καθενός.
Τα αποτυπώματα αρχίζουν να διαμορφώνονται σταδιακά κατά την
24η εβδομάδα της κύησης ξεκινώντας από τρία διαφορετικά σημεία σε κάθε δάκτυλο.
Σύμφωνα με τα όσα ανακάλυψαν οι ερευνητές, το δέρμα αρχίζει να γίνεται ανάγλυφο
σε ένα μοτίβο που θυμίζει λωρίδες εξαιτίας μιας σειράς αλληλεπιδράσεων μεταξύ
τριών μορίων που ακολουθούν αυτό που είναι γνωστό ως «Μοτίβο Τούρινγκ» ή «Εξισώσεις
αντίδρασης-διάχυσης Τούρινγκ». Το πώς αυτές οι ανάγλυφες γραμμές θα εξαπλωθούν
από τα αρχικά τους σημεία και πώς θα ενωθούν μεταξύ τους καθορίζουν το τελικό
σχήμα των αποτυπωμάτων.
Οι επιστήμονες ωστόσο τώρα γνωρίζουν ότι τα μοτίβα αυτά ξεκινούν
να σχηματίζονται καθοδικά προς το δέρμα σαν αυλάκια. Μέσα στις λίγες εβδομάδες
που ακολουθούν μετά την πρώτη τους εμφάνιση, τα κύτταρα που πολλαπλασιάζονται
ταχέως μέσα σε αυτά τα αυλάκια αρχίζουν να αυξάνονται ανοδικά καταλήγοντας στη
δημιουργία των παχιών λωρίδων στο δέρμα.
Δεδομένου ότι η δημιουργία των αποτυπώματων και οι θύλακες
από τις τρίχες έχουν παρόμοια καθοδική δομή, οι ερευνητές σε αυτή τη νέα μελέτη
συνέκριναν κύτταρα και από τις δύο αυτές πηγές. Η ομάδα ανακάλυψε ότι και τα
δύο σημεία μοιράζονταν κάποιους κοινούς τύπους σηματοδοτών μορίων – διαβιβαστές
που μεταφέρουν πληροφορίες μεταξύ των κυττάρων- συμπεριλαμβανομένου τριών
συγκεκριμένων, τα οποία είναι γνωστά ως WNT, EDAR και BMP.
Περαιτέρω πειράματα απέδειξαν ότι το WNT λέει στα κύτταρα να πολλαπλασιαστούν, σχηματίζοντας έτσι τις αυλακώσεις
στο δέρμα, και να παράγουν το EDAR,
το οποίο με τη σειρά του ενισχύει κι άλλο την λειτουργία του WNT. Το BMP από την άλλη ανακόπτει αυτές τις λειτουργίες.
Για να εξετάσουν το πώς αυτά τα μόρια-σηματοδότες μπορεί να
αλληλεπιδρούν για να δημιουργήσουν μοτίβα, οι ερευνητές προσάρμοσαν τα επίπεδα
των μορίων σε εμβρυϊκά ποντίκια (και ανθρώπινα κύτταρα σε ένα πιάτο Petri στο
εργαστήριο). Τα ποντίκια δεν έχουν δακτυλικά αποτυπώματα, αλλά το δέρμα των ποδιών
τους έχει αυλακώσεις όπως τα αποτυπώματα των ανθρώπων. «Αυξήσαμε και μειώσαμε
τα επίπεδα των μορίων και είδαμε πώς αλλάζει το μοτίβο», λέει ο αναπτυξιακός
βιολόγος Ντένις Χίντον του Πανεπιστημίου του Εδιμβούργου που συμμετείχε στην
έρευνα.
Όταν αύξησαν το EDAR είχε ως αποτέλεσμα να δημιουργηθούν
πιο παχιές αλλά και πιο αραιές αυλακιές, ενώ όταν το μείωσαν είχε ως αποτέλεσμα
να δημιουργηθούν σχηματισμοί που θύμιζαν περισσότερο βούλες παρά λωρίδες. Ωστόσο
την ίδια στιγμή ενεργοποιούνταν και το μόριο BMP, το οποίο εμποδίζει την ανάπτυξη του EDAR.
Τα μοτίβα του
Τούρινγκ
Η αλλαγή από γραμμές σε βούλες είναι μια αξιοσημείωτη αλλαγή
που μπορεί κάποιος να παρατηρήσει σε συστήματα που κυριαρχούνται από τις «Εξισώσεις
αντίδρασης-διάχυσης Τούρινγκ», σύμφωνα με τον Χίντον. Πρόκειται ουσιαστικά για
μια μαθηματική θεωρία που προτάθηκε την δεκαετία του ’50 από τον Βρετανό
μαθηματικό, Άλαν Τούρινγκ, ο οποίος από την άλλη έχει γίνει ευρέως γνωστός για
το γεγονός ότι κατάφερε να σπάσει τον κωδικό Enigma των Ναζί στον Β’ Παγκόσμιο
Πόλεμο κάτι που συνέβαλε σημαντικά στη νίκη των Συμμάχων. Ο Τούρινγκ σε αυτήν
την περίπτωση περιέγραψε πώς τα χημικά στοιχεία αλληλεπιδρούν και εξαπλώνονται
για να δημιουργήσουν διάφορα μοτίβα στη φύση, όπως τις ρίγες στη ζέβρα ή τα
σχήματα πάνω σε ένα φύλλο δέντρου.
Όπως ανέφεραν το 2012 ερευνητές του Χάρβαρντ σε μια δική τους
μελέτη, οι εκκριτικές πρωτεΐνες που συνδέονται με τη ρύθμιση της ασυμμετρίας
στα σπονδυλωτά και την ανάπτυξη των πρόδρομων (προγεννητικών) κυττάρων για τα
εσωτερικά όργανα των εμβρύων, ακολουθούν το μοντέλο ενεργοποιητή-αναστολέα, όπως
είχε περιγραφεί από τον Τούρινγκ. Η θεωρία του πρότεινε ότι ορισμένα μόρια σε
ένα αναπτυσσόμενο σύστημα προάγουν την κυτταρική ανάπτυξη, ενώ ταυτόχρονα
ενεργοποιούν άλλα που με τη σειρά τους εργάζονται
ενεργά για να την εμποδίσουν. Το αποτέλεσμα είναι δύο δυνάμεις που δρουν η μία
εναντίον της άλλης, σε παρακείμενα κύτταρα, κι έτσι δημιουργούν ξεχωριστά μοτίβα.
Προσομοιώνοντας τα
αποτελέσματα
Ωστόσο, τα χαρακτηριστικά μοτίβα στα πόδια των ποντικών είναι
πολύ μικροσκοπικά για να αποτελέσουν έναυσμα να καταλάβουμε πλήρως τα πολύ πιο
περίπλοκα σχήματα που βλέπουμε στις άκρες των ανθρώπινων δακτύλων. Γι’ αυτό το
λόγο, οι ερευνητές χρησιμοποίησαν υπολογιστικά μοντέλα για να προσομοιώσουν ένα
μοτίβο Τούρινγκ που εξαπλώνεται από τα τρία ήδη γνωστά σημεία έναρξης των
αυλακώσεων στα δάκτυλα: το κέντρο του ρόζου, το δέρμα κάτω από το νύχι και το
δέρμα στο σημείο της πρώτης άρθρωσης που βρίσκεται στην άκρη του δακτύλου. Αυτό
που αποκαλύφθηκε ήταν ότι οι ραβδώσεις αναπτύχθηκαν και λειτουργούσαν η μία
ενάντια στην άλλη, όπως όταν διαφορετικές κυτταρικές ομάδες σπρώχνουν η μία την
άλλη, σε σχέση με τη φυσική τους θέση κι έτσι εμφανίζονται τα διαφορετικά
μοτίβα.
Αλλάζοντας τον σχετικό χρόνο, την τοποθεσία και την γωνία
αυτών των αρχικών σημείων, η ομάδα μπόρεσε να δημιουργήσει τρία από τα πιο
κοινά μοτίβα που βρίσκουμε στις άκρες των δακτύλων- σπείρες, κύκλους και αψίδες-
αλλά και μερικά από τα πιο σπάνια. Οι αψίδες για παράδειγμα μπορούν να
σχηματιστούν όταν οι αυλακώσεις αργούν λίγο να εμφανιστούν στο κέντρο της άκρης
του δακτύλου. Έτσι, αντίθετα, τα σχήματα εμφανίζονται πρώτα από την άρθρωση και
από το σημείο κάτω από το δέρμα κάτι που τους επιτρέπει να καταλάβουν
περισσότερο χώρο.
«Τα σημεία αυτά κάποια στιγμή θα ‘συγκρουστούν’ κι όταν αυτό συμβεί θα δημιουργήσουν μια αστάθεια, η οποία θα βοηθήσει στον σχηματισμό μοναδικών μοτίβων», λέει ο ερευνητής Τσένγκ-Μινγκ Τσουόνγκ.
Με λίγα λόγια αυτό σημαίνει ότι η τυχαία τοποθέτηση των
δακτύλων του εμβρύου μέσα στη μήτρα, όπως τα κύτταρα πιέζονται -το ένα πάνω στο
άλλο- για να σχηματίσουν ραβδώσεις, είναι αυτό που κάνει τα σχέδια τόσο τυχαία
και γι’ αυτό ακόμη και τα μονοζυγωτικά δίδυμα έχουν διαφορετικά αποτυπώματα.
Ο ελεγχόμενος «ανταγωνισμός» μεταξύ των μορίων καθορίζει επίσης
τον τρόπο που θα διανεμηθούν οι θύλακες των τριχών, αναφέρει η Σάρα Μίλαρ, κυτταρική
βιολόγος σε πανεπιστήμιο της Νέας Υόρκης, η οποία δεν συμμετείχε στην έρευνα. Όπως
τονίζει, η συγκεκριμένη μελέτη «δείχνει ότι ο σχηματισμός των δακτυλικών
αποτυπωμάτων ακολουθεί κάποιους βασικούς κανόνες που λειτουργούν ήδη και για
άλλα μοτίβα που βλέπουμε στο δέρμα μας».
Η Μίλαρ μάλιστα σημειώνει ότι οι άνθρωποι που έχουν κάποιες
γονιδιακές αλλοιώσεις που επηρεάζουν τα WNT και EDAR, παρουσιάζουν δερματικές ανωμαλίες
και γι’ αυτό υπήρχε ήδη η υποψία ότι αυτά τα μόρια επηρέαζαν και τα δακτυλικά
αποτυπώματα.
Ο Χίντον από την πλευρά του τονίζει ότι ο βασικός σκοπός της
ομάδας είναι να βοηθήσει στον σχηματισμό των δερματικών δομών, όπως των ιδρωτοποιών
αδένων, όταν αυτοί δεν σχηματίζονται σωστά μέσα στη μήτρα ή ίσως ακόμα και μετά
τη γέννηση.
«Αυτό που θέλουμε να καταφέρουμε, σε μια πιο ευρεία έννοια,
είναι κατανοήσουμε πώς ωριμάζει το δέρμα», τονίζει.